CN203384514U - 一种高压柔性橡胶软管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种高压柔性橡胶软管，自内向外包括有内半晶状热塑性塑料衬套、内胶布层、钢丝绳增强层、粘合缓冲中胶层、隔热层、耐火阻燃层。连接时，将软管的端部插入到接头的连接和密封区，与密封部件、起交联作用的树脂、金属接头完全连接成一体。本实用新型的软管在使用中表现出优异的柔软性、耐高压性、耐气体渗透性、耐高温性。
Description
技术领域
本实用新型属于橡胶制品技术领域，涉及一种高压柔性橡胶软管的结构与安装制造方法。
背景技术
在石油钻探和开采中，需要一种大口径(51～127mm)用于输送气体、液体或气体液体混合体的高压软管。这类软管有两个显著的特点，一是由于气体中含有H2S类的腐蚀性气体，这类气体对于通常类的橡胶有很强的腐蚀作用，会透过内胶渗透到高压软管管体中去，当管体内的压力降低时，内胶外面集聚的高压气体会形成气泡，将内胶向内孔推出，堵塞管体，致使软管早期损坏。二是该软管在易燃环境下使用，为安全起见要求软管表面具有防火、阻燃和隔热性能，一旦发生火灾时，在高温下，能延续工作一段时间，保证设备的安全关闭。
在输送气体或气液混合体高压软管的现有技术中，一般采用的是热塑性塑料的非粘合工艺结构，在内部塑料层的外面分别为方钢小螺距缠绕的支撑骨架层、方钢大螺距缠绕的承压骨架层和外塑料层，各层之间都是不粘合的，只是形成一个组合体，在软管运动时相邻层间可以相互移动。其优点是工艺简单，生产效率高，可以实现大长度的生产。其缺点为弯曲半径大，内外均为热塑性塑料层，没有弹性，容易产生蠕变，特别是高温高压影响下，往往是蠕变造成密封失效。同时内外用塑料，中间各层均是缠绕组合，没有密封，可以渗透，如果外覆盖层破损进入海水，将导致环形空间的金属材料的腐蚀而失效。特别是容易在高温影响、外力抻拉、脉冲压力下的骨架层滑移时，引起内塑料层的伸长和起皱，更是导致软管失效的因素。
还有一种结构工艺是橡胶型的，内衬层采用橡胶弹性体，橡胶弹性体抵抗输送气液混合体介质的能力弱，在软管的使用中不可避免的会有渗透，在 压力交变的情况下造成内部气泡，即使在有不锈钢内衬的情况下，也会产生气泡，并致使内衬的不锈钢套失效。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用在石油钻探和开采中，用于输送气体、液体或气体液体混合体的大口径高压软管，该软管采用橡胶与塑料相结合的技术思路，采用塑料内衬有效的防御气体的渗透，并与橡胶硫化交联成一体，采用隔热和耐火阻燃的外部保护，是一种新型的软管技术。
本实用新型采用如下技术方案：
软管结构如图1所示，自内向外包括内不锈钢螺旋衬套、粘合及缓冲层、半晶状热塑性塑料衬套、粘合及缓冲层、内胶布层、钢丝绳增强层、粘合缓冲中胶层、隔热层、耐火阻燃层，不锈钢外保护层。
在有些环境下也可不用内外的不锈钢螺旋套的结构，如图2所示，没有内不锈钢螺旋衬套1、粘合及缓冲层2和不锈钢外保护层10。
软管的端部插入到接头的连接和密封区，与密封部件、起交联作用的树脂、金属接头完全连接成一体，如图3、图4所示。
其中，内不锈钢螺旋衬套1，是用不锈钢片将其弯曲到一定形状后，经螺旋缠绕、扣合压制的柔性管套，起到隔离输送介质与支撑塑料内衬的作用；
半晶状热塑性塑料衬套3，可以在塑料中选取，其中烯烃类的最好，利于与橡胶接枝交联，如聚丙烯、聚乙烯，其次是不同分子量的聚酰胺类的，如尼龙1～尼龙12，其余的可以选择热塑性的聚酯类弹性体，本设计采用的是聚偏氟乙烯(PVDF)，采用预挤出或现场挤出的工艺。使内衬层具有优良的耐化学腐蚀性、优良的耐高温变型和耐氧化性，具有优良的耐磨性、柔韧性、很高的抗涨强度和耐冲击性强度。
粘合及缓冲层2，是粘合剂与缓冲胶的组合体，粘合剂采用开姆洛克涂刷在不锈钢螺旋套的外面和塑料内衬套的内外表面，利于缓冲胶与金属的粘合，缓冲胶是橡胶弹性体。在图2中没有内不锈钢螺旋套的情况下，也没有 粘合及缓冲层2。
内胶布层5，可以是纤维帘布或帆布，经浸涂或粘贴橡胶后缠绕在管体上，起到缓冲、衬垫、和抗爆破强力的作用。
钢丝绳增强层6，根据软管的压力需求，可以是多层胶粘结构的钢丝、钢丝绳材料，起到管体的抗耐压力作用。通常为2～8层的交叉缠绕。
粘合缓冲中胶层7是氯丁胶与天然胶并用混炼胶，在钢丝绳缠绕中，铺设在钢丝绳中，具体可以铺设在钢丝绳的层间和钢丝绳内外，经硫化后充满在钢丝绳缝隙中，粘合在钢丝绳的表面，起到缓冲衬垫与粘合作用。
隔热层8，是用玻璃纤维纺织的帘布或帆布，经涂胶或贴胶后缠绕在管体上，起到耐火隔热的保护作用。
耐火阻燃层9，是用氧指数高的合成胶，如氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、三元已丙橡胶等，经添加阻燃剂的混合橡胶或塑料弹性体。
不锈钢外保护层10，材质与加工方法与1相同，用于外部的防损伤保护，可以根据使用环境放弃与添加。
本实用新型的软管在管体结构设计上采用了半晶体热塑性塑料作为软管内衬，避免了气体输送中的向外渗透，采用了内置不锈钢螺旋套，不仅支撑了生产硫化中的产品脱出，也为软管空载使用中的长度变形提供拉力，更为软管在使用中的塑性蠕变提供向内变形、起泡和分层提供支撑；
本实用新型的软管在管体结构设计上采用了各层间的橡胶交联的粘合技术，可以有效消除软管结构中各层的移位和蠕变、也为各层间的磨蚀、电蚀和渗漏后的腐蚀提供保护；
本实用新型的软管在结构上采用了隔热层和耐火阻燃层结构，软管自身具有作自我保护的能力，可以有效防止在意外着火的情况下对软管的损坏，使软管能够达到特定的耐火要求。
本实用新型的软管在使用中表现出优异的柔软性、耐高压性、耐气体渗透性、耐高温性，经试验测得，在704°摄氏温度下，依然可以延续工作30 分钟。
本实用新型中高压柔性橡胶软管的接头连接方法如下：
在软管插入接头(11)后，半晶状热塑性塑料衬套(3)和金属套(18)分别插入接头(11)相应的止口中，由树脂(19)将接头(11)与管体固定连接为一体；
密封区(12)为密封槽，加工在接头(11)上，位于半晶状热塑性塑料衬套(3)插入的止口内；密封环(13)是由组装时安置的密封圈和注密封胶时进入的密封胶组成，阻止密封胶流动到密封区(12)的作用；接头与管体连接固定后注上密封胶(16)；密封圈(17)阻止密封胶(16)与树脂(19)的接触；密封区(12)、密封环(13)、密封胶(16)、密封圈(17)构成了密封部件；
不锈钢套(14)支撑半晶状热塑性塑料衬套(3)；经扩张后将半晶状热塑料衬套(3)与接头(11)上的密封区(12)接触密封。
金属套(18)为空心圆柱状，套在半晶状热塑性塑料衬套(3)外部，组装时插入到接头上相应的止口中，起到与接头(11)的中心定位和密封作用。
本实用新型的管体结构具有如下特点：内置不锈钢套螺旋套结构、利用半晶体热塑性塑料做内衬、不锈钢、塑料和橡胶粘合技术、环氧树脂粘合连接技术、隔热层结构、耐火阻燃外保护层结构；
本实用新型软管结构采用内外不锈钢螺旋套层，内层是为了抵御由于气体渗透橡胶弹性内衬后存在管体中，在脉冲时造成压力下降出现气泡而设置，外部是为了预防外部损伤设置的保护。由于增加了不锈钢螺旋套，为弹性体内衬提供了支撑由于渗透压造成的气泡现象，各层间都交联在一起，不会出现蠕变现象，为管体与接头连接提供连接与密封，而且在高温、高压和介质的影响而不失效；本实用新型采用耐腐蚀、气密性好的半晶体热塑性塑料作为内衬，取代了现有技术中的橡胶弹性体内衬，并解决了塑料与不锈钢 和塑料与橡胶的粘合问题，使软管的各个层面在经硫化后，交联成为一个带骨架的弹性连接结构。
本实用新型在接头连接方式上，利用环氧树脂连接、密封控制、塑料内扩张成密封区的内衬密封术、密封环的双重密封、钢套定位、利用螺钉进行密封区增压；这些技术特征为本实用新型良好的密封性能提供了有力的保障。
附图说明
图1为高压柔性橡胶软管的一种结构的剖视图；
图2为高压柔性橡胶软管的另一种结构的剖视图；
图3为第一种高压柔性橡胶软管的接头连接的结构剖视图；
图4为第二种高压柔性橡胶软管的接头连接的结构剖视图；
其中：1内不锈钢螺旋衬套、2粘合及缓冲层一、3半晶状热塑性塑料衬套、2粘合及缓冲层二、5内胶布层、6钢丝绳增强层、7粘合缓冲中胶层、8隔热层、9耐火阻燃层，10不锈钢外保护层、11金属接头、12密封区、13密封环、14不锈钢套、15螺钉、16密封胶、17密封圈、18金属套、19树脂、20锥形金属套。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例详细描述本实用新型：
实施例1：
如图3所示的高压柔性橡胶软管，自内向外包括有内不锈钢螺旋衬套、粘合及缓冲层一、半晶状热塑性塑料衬套、粘合及缓冲层二、内胶布层、钢丝绳增强层、粘合缓冲中胶层、隔热层、耐火阻燃层，不锈钢外保护层。图3所示的是一种有内外不锈钢螺旋套的典型管体结构的接头连接方式：
在软管插入接头11后，半晶状热塑性塑料衬套3和金属套分别插入接头11相应的止口中，由树脂19将接头与管体固定连接为一体。树脂是高强度易流动的双组分，最好是环氧树脂，固化后将管体与接头连接为一体；
密封区12是加工在接头11上，位于半晶状热塑性塑料衬套3插入的止口内，经加工的多道环状弧形密封槽，也可以是其他形状的环状槽。在将不锈钢套14扩张挤压后，半晶状热塑性塑料衬套3在该部位也随之扩张，挤压到密封槽后形成一段多槽密封区，是第一道密封线；
密封环13是由组装时安置的O型密封圈和注密封胶时进入的密封胶组成，在生产过程中是阻止密封胶流动到密封区12的作用，在产品中是第二道密封装置；
不锈钢套14是接头组装的组成部分，起支撑半晶状热塑性塑料衬套3作用；
螺钉15用于注胶时的密封和产品的密封压力调节。
密封胶16是接头与管体连接固定后的密封，是密封环节的第三道；
密封圈17起密封作用，阻止密封胶16与树脂19的接触；
金属环18有碳钢加工成空心圆柱状，套在半晶状热塑性塑料衬套3外部，组装时插入到接头上相应的止口中，起到与接头11的中心定位和密封作用。
外不锈钢保护层10用氩弧焊焊接在接头11上。
实施例2：
如图：4所示的高压柔性橡胶软管，自内向外包括有内不锈钢螺旋衬套、粘合及缓冲层一、半晶状热塑性塑料衬套、粘合及缓冲层二、内胶布层、钢丝绳增强层、粘合缓冲中胶层、隔热层、耐火阻燃层。如图4所示，是一种有内不锈钢螺旋套，外部没有不锈钢螺旋套外保护层管体结构的接头连接方式，结构中少了密封区12，密封环13由作用在半晶状热塑性塑料衬套3上改变为作用在锥形套上。
在软管插入接头11后，半晶状热塑性塑料衬套3和金属套18分别插入接头11相应的止口中，由树脂19将接头与管体固定连接为一体。树脂是高 强度易流动的双组分，最好是环氧树脂，固化后将管体与接头连接为一体；
密封环13是由组装时安置的O型密封圈和注密封胶时进入的密封胶组成，在生产过程中是阻止密封胶流动出连接区的作用，在产品中是第一道密封装置；
螺钉15用于注胶时的密封作用和产品的密封压力调节作用。
密封胶16是接头与管体连接固定后的密封，是密封环节的第二道；
密封圈17起密封作用，阻止密封胶16与树脂19的接触；
金属套18用碳钢加工成空心圆柱状，套在半晶状热塑性塑料衬套3外部，组装时插入到接头上相应的止口中，起到与接头11的中心定位和密封作用
锥形金属套20是接头组装的组成部分，起支撑半晶状热塑性塑料衬套3作用。
实施例3：
根据上述的软管结构设计，生产了76mm内直径的空气软管，该软管工作压力52Mpa。在内不锈钢螺旋套1表面涂上粘合剂后铺设缓冲胶层，放置半晶状热塑性塑料衬套，衬套壁厚4mm，由PVDF制造，内外涂上粘合剂，铺设缓冲胶，在上建立内胶布层，缠绕聚酯帆布4层后，缠绕4层4.5mm钢丝绳做软管骨架层来承担爆破强度。在每层钢丝绳的层间和内外各铺设粘合缓冲中胶层，在钢丝绳缠绕中铺设在其中，经硫化后充满在钢丝绳缝隙中，粘合在钢丝绳的表面，起到缓冲衬垫与粘合作用。用玻璃纤维纺织的帘布或帆布，经涂胶后缠绕在管体上，用氧指数高的合成胶，如氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯、三元已丙等橡胶，经添加阻燃剂的混合橡胶弹性体，起到耐火隔热的保护作用，铺设外保护不锈钢螺旋套。经对软管进行室温静压试验、-35℃低温弯曲试验、常温弯曲试验、120℃高温低频脉冲试验，接触试验、耐火试验、高温加热试验，达到标准要求。
性能测试
实施例1中的半晶状热塑性塑料衬套分别采用聚丙烯、尼龙11、PET、PVDF，做如下试验对照：(对照结果见表)
试验目的：考察管材的低温抗压性能，抗腐蚀抗渗透性能、机械性能。
试验条件：
1、内部静压试验
管体长度至少10英尺.软管升压至试验压力并保压一小时，试验在常温下进行并记录温度，然后将压力从0Psi上升到工作压力，重复至少260次，每一次在工作压力下至少保压5分钟。(试验过程后用内窥镜检测内衬管不应出现异常开裂损坏等)
表1内部静压试验结果
| 衬套材料 | 聚丙烯 | PET | 尼龙11 | PVDF |
| 测试结果 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 |
2、低温弯曲试验
内部静压试验完成后，在没有压力的情况下，管体弯曲至最小弯曲半径进行弯曲，管体应当至少被弯曲90°，在-35℃的环境温度下，管体应当被重复弯曲100次.(试验过程后，用内窥镜检验内衬管不应出现异常开裂损坏等)
表2低温弯曲试验结果
| 衬套材料 | 聚丙烯 | PET | 尼龙11 | PVDF |
| 测试结果 | 细微裂痕 | 未开裂 | 未开裂 | 未开裂 |
3、常温弯曲试验
然后温度将恢复到常温，在常温状况下，弯曲继续进行至少260次.然后将压力升至工作压力，弯曲至最小弯曲半径，再次重复弯曲260次.试验中不应当出现可见的泄漏.
表3常温弯曲试验结果
| 衬套材料 | 聚丙烯 | PET | 尼龙11 | PVDF |
| 测试结果 | 细微裂痕 | 未开裂 | 未开裂 | 未开裂 |
4、爆破试验
弯曲试验结束后，将进行爆破试验.压力上升的速度不应超过每分钟1500Psi.在升压过程中，不能出现可见泄漏，爆破压力不低于工作压力的2.25倍标准要求。(软管在达到爆破压力之前和爆破位置之外，内衬管不应出现开裂损坏等异常)
表4爆破试验结果
| 衬套材料 | 聚丙烯 | PET | 尼龙11 | PVDF |
| 测试结果 | 有开裂 | 有开裂 | 未开裂 | 未开裂 |
5、渗透试验
以下试验主要检测最高标准温度下的气体渗入，气体降压和液体渗入.(混合介质满足API16C标准9.4.4条款的介质要求)
第一部分：第一次打压，额定工作压力(15000PSI)保压24小时，第二和第三次打压至额定工作压力保压12小时。每一次保压后以每分钟6.9Mpa的速度进行泄压，每次加压之间至少保持1小时无压。
第二部分：管体压力升至额定工作压力和额定的温度，保压7天。完成后，温度降至常温，再将压力调到工作压力，在常温下保压30天.
30天后，管体用水进行打压试验，压力应达到试验压力，保压30分钟。试验中管体无可见的泄漏则视为合格。(以上的额定工作压力为15000PSI；以上的额定温度为130℃；试验过程内衬管不应出现开裂、损坏、腐蚀等异常)
表5渗透试验结果
| 衬套材料 | 聚丙烯 | PET | 尼龙11 | PVDF |
| 测试结果 | 泄漏 | 泄漏 | 无泄漏 | 无泄漏 |
6、高温检测试验
此项试验是检测橡胶管材在工作压力下在短时间内能承受的最高温度.此项试验代表的是紧急和关键的危险情况，不可用来作为管体的温度级别.要求管体要经过高温检测.
以每小时上升2.8℃的速度升至最高温度177℃，然后保持1小时。完成后，以每小时上升2.8℃的速度升温，直到管体损坏。应当将超过177℃的所有时间温度都记录下来.胶管达到工作压力，测试在该温度条件下
表6高温检测试验结果
Claims (9)
1.一种高压柔性橡胶软管，其特征在于：自内向外包括有半晶状热塑性塑料衬套、内胶布层、钢丝绳增强层、粘合缓冲中胶层、隔热层、耐火阻燃层。
2.根据权利要求1所述的一种高压柔性橡胶软管，其特征在于：自内向外包括有内不锈钢螺旋衬套、粘合及缓冲层一、半晶状热塑性塑料衬套、粘合及缓冲层二、内胶布层、钢丝绳增强层、粘合缓冲中胶层、隔热层、耐火阻燃层，不锈钢外保护层。
3.根据权利要求1或2所述的一种高压柔性橡胶软管，其特征在于：半晶状热塑性塑料衬套采用烯烃类、聚酰胺类或热塑性聚酯类弹性体。
4.根据权利要求2所述的一种高压柔性橡胶软管，其特征在于：粘合及缓冲层一与粘合及缓冲层二是粘合剂与缓冲胶的组合体，粘合剂涂刷在不锈钢螺旋套的外面和半晶状热塑性塑料衬套的内外表面，缓冲胶为橡胶弹性体。
5.根据权利要求1或2所述的一种高压柔性橡胶软管，其特征在于：内胶布层为纤维帘布或帆布，经浸涂或粘贴橡胶后缠绕在管体上。
6.根据权利要求1或2所述的一种高压柔性橡胶软管，其特征在于：粘合缓冲中胶层是氯丁胶与天然胶并用混炼胶，在钢丝绳缠绕中，铺设在钢丝绳的层间和钢丝绳内外，经硫化后充满在钢丝绳缝隙中，粘合在钢丝绳的表面。
7.根据权利要求1或2所述的一种高压柔性橡胶软管，其特征在于：隔热层是用玻璃纤维纺织的帘布或帆布，经涂胶或贴胶后缠绕在管体上。
8.根据权利要求1或2所述的一种高压柔性橡胶软管，其特征在于：耐火阻燃层是用氧指数高的合成胶经添加阻燃剂的混合橡胶或塑料弹性体。
9.根据权利要求1或2所述的一种高压柔性橡胶软管，其特征在于：钢丝绳增强层，是不同直径的2～8层交叉缠绕。
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